Thiết bị tinh chế hydro

Thiết bị sản xuất hydro bằng phương pháp hấp phụ dao động áp suất (PSA) là một thiết bị đặc biệt để tinh chế hydro ở nhiệt độ và áp suất bình thường dựa trên công nghệ hấp phụ dao động áp suất. Ưu điểm cốt lõi của nó là không cần các phản ứng ở nhiệt độ và áp suất cao, và có thể tách hydro tinh khiết cao một cách hiệu quả chỉ thông qua quá trình hấp phụ và giải hấp vật lý của khí cấp liệu, rất phù hợp với nhu cầu tinh chế các hỗn hợp khí chứa hydro khác nhau. Thiết bị sử dụng hỗn hợp khí chứa hydro (như khí chứa hydro phụ phẩm công nghiệp, khí cải tạo từ khí tự nhiên, v.v.) làm nguyên liệu chính, và thành phần cốt lõi của nó là một sàng phân tử đặc biệt — sàng phân tử này đã được biến đổi bằng một quy trình đặc biệt, có khả năng hấp phụ chọn lọc cực mạnh, và cũng là chất mang quan trọng để tách hydro, nitơ và các khí khác.

Nguyên lý tách của nó chủ yếu dựa trên hai điểm khác biệt cốt lõi: thứ nhất, khả năng hấp phụ của các thành phần khí trên bề mặt sàng phân tử là khác nhau. Phân tử hydro có kích thước nhỏ và độ phân cực yếu, do đó khả năng hấp phụ của chúng trên bề mặt sàng phân tử cực kỳ thấp, trong khi khả năng hấp phụ của các phân tử khí tạp chất như nitơ và carbon dioxide cao hơn nhiều so với hydro; thứ hai, có sự khác biệt đáng kể về tốc độ khuếch tán giữa hydro và nitơ trong sàng phân tử carbon. Hydro khuếch tán nhanh hơn và có thể nhanh chóng thâm nhập vào các lỗ xốp của sàng phân tử, trong khi khí tạp chất khuếch tán chậm hơn và dễ bị hấp phụ và giữ lại bởi sàng phân tử. Toàn bộ quá trình tách được điều khiển chính xác bởi Bộ điều khiển logic lập trình (PLC). Thông qua việc đóng mở có trật tự các van được điều khiển bằng chương trình, hai bước cốt lõi của quá trình hấp phụ nén - giải hấp giảm áp được thực hiện theo chu kỳ: trong điều kiện áp suất cao, khí tạp chất được hấp phụ chắc chắn bởi sàng phân tử, và hydro đi qua sàng phân tử một cách trơn tru để đạt được sự tinh chế sơ bộ; Trong điều kiện giảm áp, các khí tạp chất được hấp phụ sẽ tách khỏi bề mặt của sàng phân tử và thải ra cùng với khí thải, đồng thời sàng phân tử được tái tạo và có thể tái sử dụng cho công việc hấp phụ. Thông qua chu trình hoạt động này, hydro đạt độ tinh khiết theo yêu cầu của khách hàng được liên tục sản xuất ra, và toàn bộ quy trình thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm thứ cấp.

Thiết bị sản xuất hydro PSA này được thiết kế hoàn toàn phù hợp với nhu cầu thực tế của sản xuất công nghiệp, có tính đến hiệu quả, độ ổn định và tính kinh tế. Các đặc điểm thiết kế cốt lõi của nó như sau:

1. Tốc độ khởi động nhanh, có khả năng cung cấp hydro đạt tiêu chuẩn nhanh chóng: Thiết bị sử dụng thiết kế tích hợp, giúp đơn giản hóa quá trình khởi động và không yêu cầu các bước làm nóng trước và vận hành thử phức tạp. Sau khi khởi động, thiết bị có thể hoàn thành chu trình hấp phụ và tách trong thời gian ngắn, và nhanh chóng xuất ra hydro có độ tinh khiết đạt tiêu chuẩn và lưu lượng ổn định. Điều này giải quyết hiệu quả những khó khăn của thiết bị sản xuất hydro truyền thống như khởi động chậm và thời gian chờ đợi lâu, phù hợp với nhiều tình huống khác nhau như cung cấp hydro khẩn cấp và sản xuất gián đoạn.

2. Vận hành hoàn toàn tự động thiết bị, thực hiện vận hành không cần giám sát trong suốt quá trình: Được trang bị hệ thống điều khiển PLC độ chính xác cao và mô-đun giám sát thông minh, thiết bị có thể thu thập các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, độ tinh khiết của hydro, v.v.) theo thời gian thực và tự động hoàn thành tất cả các thao tác như đóng mở van điều khiển bằng chương trình, chuyển đổi chu kỳ hấp phụ-giải hấp và tái tạo sàng phân tử mà không cần sự can thiệp của con người. Đồng thời, thiết bị có chức năng cảnh báo lỗi và tự động tắt máy, giúp giảm đáng kể cường độ thao tác thủ công, tiết kiệm chi phí nhân công và nâng cao an toàn sản xuất.

3. Nạp sàng phân tử hiệu quả, chặt chẽ và đặc hơn, tuổi thọ cao hơn: Áp dụng quy trình nạp áp suất cao đặc biệt, sàng phân tử được nạp đều và chặt chẽ trong tháp hấp phụ, giúp tránh hiệu quả các vấn đề bong tróc, vón cục và mài mòn của sàng phân tử trong các phương pháp nạp truyền thống, đồng thời giảm thiểu sự hao hụt sàng phân tử. Cùng lúc đó, thiết bị được trang bị hệ thống bảo vệ sàng phân tử, giúp ngăn chặn khí tạp chất làm ô nhiễm và ăn mòn sàng phân tử, kéo dài đáng kể tuổi thọ của sàng phân tử, giảm chi phí vận hành và bảo trì thiết bị cũng như tần suất thay thế vật tư tiêu hao.

4. Áp suất, độ tinh khiết và lưu lượng ổn định và có thể điều chỉnh, đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng: Tùy theo nhu cầu cung cấp hydro của các ngành công nghiệp và quy trình sản xuất khác nhau, thiết bị có thể điều chỉnh linh hoạt áp suất, độ tinh khiết và lưu lượng hydro đầu ra. Độ tinh khiết có thể được điều chỉnh chính xác trong khoảng từ 99% đến 99,9995%, áp suất ≤ 1Mpa, và lưu lượng từ 5 đến 5000 Nm³/h. Thiết bị không chỉ đáp ứng nhu cầu cung cấp hydro lưu lượng thấp và độ tinh khiết cao của các phòng thí nghiệm nhỏ và ngành công nghiệp điện tử chính xác, mà còn phù hợp với các kịch bản cung cấp hydro lưu lượng cao và quy mô lớn của ngành công nghiệp luyện kim và hóa chất quy mô lớn.

5. Cấu trúc hợp lý, quy trình tiên tiến, an toàn và ổn định, đầu tư thiết bị và tiêu thụ năng lượng thấp: Áp dụng thiết kế cấu trúc mô-đun, bố trí nhỏ gọn và chiếm ít diện tích, thuận tiện cho việc lắp đặt, tháo dỡ và chuyển đổi sau này; quy trình chu trình hấp phụ-giải hấp được tối ưu hóa, giúp cải thiện đáng kể tỷ lệ thu hồi hydro và hiệu quả tách. Đồng thời, thiết bị hoạt động ở áp suất vừa phải và được trang bị hệ thống bảo vệ an toàn hoàn chỉnh, đảm bảo hoạt động ổn định, đáng tin cậy và tỷ lệ hỏng hóc thấp; so với các quy trình sản xuất hydro truyền thống, thiết bị không cần tiêu thụ nhiều năng lượng cho việc gia nhiệt và tăng áp, do đó chi phí đầu tư thiết bị và tiêu thụ năng lượng vận hành giảm đáng kể, vừa tiết kiệm chi phí vừa bảo vệ môi trường.

Để đảm bảo tính ổn định hoạt động của thiết bị và chất lượng sản phẩm hydro, thiết bị sản xuất hydro PSA này được thiết kế và sản xuất theo đúng tiêu chuẩn ngành, với các chỉ tiêu kỹ thuật cốt lõi rõ ràng như sau:

Yêu cầu về khí cấp: Áp suất khí cấp phải được kiểm soát ở mức 1,2 MPa để đảm bảo quá trình hấp phụ diễn ra suôn sẻ; điểm sương áp suất ≤ 10℃ để tránh hơi ẩm ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ của sàng phân tử và an toàn vận hành thiết bị; hàm lượng dầu ≤ 0,003 mg/m³ để ngăn ngừa ô nhiễm dầu làm nhiễm bẩn sàng phân tử và làm tắc nghẽn đường ống thiết bị, đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của thiết bị; thể tích khí cấp có thể được điều chỉnh linh hoạt theo thể tích và độ tinh khiết hydro yêu cầu, thích ứng với nhu cầu sản xuất hydro có độ tinh khiết và lưu lượng khác nhau, với khả năng tương thích cao.

Các chỉ số của sản phẩm hydro: Áp suất hydro đầu ra ≤ 1Mpa, có thể điều chỉnh linh hoạt theo nhu cầu thực tế của khách hàng để đáp ứng yêu cầu áp suất của các quy trình sản xuất khác nhau; điểm sương khí quyển ≤ -70℃, giúp giảm thiểu hiệu quả hàm lượng ẩm trong hydro và tránh ẩm ảnh hưởng đến các quy trình sản xuất tiếp theo (như ủ chính xác, sản xuất linh kiện điện tử); độ tinh khiết từ 99% đến 99,9995%, có thể điều chỉnh chính xác theo nhu cầu ngành để phù hợp với các tiêu chuẩn độ tinh khiết khác nhau; lưu lượng hydro từ 5 đến 5000 Nm³/h, đáp ứng các kịch bản cung cấp hydro quy mô nhỏ, trung bình và lớn, có thể thực hiện sản xuất quy mô lớn và tiêu chuẩn hóa.

Với ưu điểm về hiệu suất cao, ổn định và linh hoạt, thiết bị sản xuất hydro PSA này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như điện tử, luyện kim, cơ khí và luyện kim bột, bao phủ nhiều quy trình sản xuất cốt lõi, cung cấp nguồn hydro chất lượng cao cho các ngành công nghiệp khác nhau. Các trường hợp ứng dụng cụ thể như sau:

1. Ngành công nghiệp điện tử:Nó chủ yếu được sử dụng trong các quy trình cốt lõi như khuếch tán trong sản xuất silicon đơn tinh thể và sản xuất mạch tích hợp, cũng như sản xuất và chế tạo điốt phát quang (LED) và màn hình tinh thể lỏng (LCD). Hydro tinh khiết cao có thể được sử dụng làm khí bảo vệ và khí khử, giúp tránh hiệu quả quá trình oxy hóa và ô nhiễm các linh kiện điện tử trong quá trình sản xuất, nâng cao độ tinh khiết và tỷ lệ đạt chất lượng sản phẩm, đồng thời đảm bảo tính ổn định hiệu suất của thiết bị điện tử.

2. Ngành công nghiệp luyện kim:Khí hydro chủ yếu được sử dụng trong các quy trình ủ trung gian và ủ thành phẩm của các dải đồng và dải thép chính xác. Là một loại khí bảo vệ, hydro có thể cách ly không khí trong quá trình ủ, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và đổi màu bề mặt của các dải đồng và dải thép, đồng thời cải thiện độ dẻo dai và độ hoàn thiện của vật liệu, đảm bảo chất lượng của các sản phẩm luyện kim chính xác đáp ứng các tiêu chuẩn.

3. Ngành công nghiệp máy móc:Nó chủ yếu được sử dụng trong quá trình ủ nhiệt vòng bi và các chi tiết cơ khí chính xác khác nhau. Thông qua quá trình ủ nhiệt bảo vệ bằng hydro, ứng suất bên trong sinh ra trong quá trình gia công các chi tiết có thể được loại bỏ, độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ ổn định kích thước của các chi tiết được cải thiện, tuổi thọ của các chi tiết cơ khí chính xác được kéo dài và xác suất hỏng hóc thiết bị được giảm thiểu.

4. Ngành công nghiệp luyện kim bột:Nó được ứng dụng trong quá trình thiêu kết luyện kim bột. Hydro có thể được sử dụng như một khí khử và khí bảo vệ. Trong quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao, nó làm giảm tạp chất oxit trong nguyên liệu bột, đồng thời ngăn ngừa quá trình oxy hóa và vón cục của sản phẩm thiêu kết, cải thiện mật độ và tính chất cơ học của sản phẩm luyện kim bột.

5. Ngành công nghiệp khử vonfram-molypden:Nó phù hợp với quy trình khử hydro sâu trong lò bốn ống, lò nhiều ống và lò khử. Hydro có độ tinh khiết cao có thể khử hoàn toàn các oxit trong nguyên liệu thô vonfram và molypden để thu được các nguyên tố vonfram và molypden có độ tinh khiết cao, đáp ứng nhu cầu sản xuất các sản phẩm vonfram và molypden (như dây vonfram và tấm molypden).

6. Ủ sáng kim loại:Nó được sử dụng trong quá trình ủ sáng các tấm thép không gỉ chính xác, ống thép không gỉ, ống thép cacbon và tấm thép cacbon. Là một loại khí bảo vệ, hydro có thể giúp vật liệu kim loại giữ được bề mặt nhẵn mịn, không có các vết oxy hóa sau khi ủ, mà không cần xử lý mài và đánh bóng tiếp theo, giúp giảm chi phí sản xuất và cải thiện hình thức cũng như chất lượng sản phẩm.

7. Thiêu kết luyện kim bột thép không gỉ:Trong quá trình thiêu kết luyện kim bột thép không gỉ, hydro có thể đóng vai trò bảo vệ, cách ly không khí để ngăn ngừa quá trình oxy hóa bột thép không gỉ, đồng thời giúp cải thiện hiệu quả thiêu kết và mật độ sản phẩm cuối cùng, đảm bảo khả năng chống ăn mòn và độ bền cơ học của các sản phẩm luyện kim bột thép không gỉ.